太陽系の探査といえば、ロケットが大きな見出しを飾る。レゴリスとは、月、火星、小惑星、彗星、そして地球上にも存在する、土と岩石の混合物である。この無機質の混合物には貴重な鉱物が含まれている可能性があり、その副産物は、地球上のコロニーや地域社会を支えるために利用することができる。課題は、低重力または無重力環境でバルク材料を採掘する方法を見つけることである。

このケーススタディを読むと、以下のことがわかる：

  • コンパクトな市販品（COTS）の高電力密度サーボドライブが、低重力で過酷な環境でのロボットナビゲーションを可能にする理由
  • 最高のサーボ性能、高度なネットワーキング、信頼性を、PCB実装可能な小型パッケージで実現するメリット
  • 開発時間を最小限に抑え、市場投入までの時間を短縮します。

図1：RASSORは対向する回転ドラムを使い、月、火星、小惑星などの天体の表面物質を収集するためのネット・ゼロ・フォース掘削機を作る。(提供：NASA）

機械要件

レゴリス・アドバンスト・サーフェス・システムズ・オペレーションズ・ロボット（RASSOR）は、NASAが開発した、低重力または無重力環境でレゴリスを採掘・運搬する遠隔操作型移動ロボットである。概念実証のために設計されたRASSORは、サイズ、重量、消費電力を最小限に抑えるため、主に頑丈な市販の部品（COTS）を使用して製造される予定だった。NASAの請負業者であるバイオネティクスのロボット工学エンジニア、アンドリュー・J・ニックは、次のように語る。「私たちは、要求の厳しい重量とスペースの制約を満たし、多くの研究開発をする必要のないパッケージで複数のセンサーを読み取る能力を持つ市販製品を見つける努力をしています。その製品を使うだけで、研究に集中できるのです」。

RASSORは、移動ロボットプラットフォーム上に搭載された一対の逆回転するバケットドラムをベースとしている。各バケットドラムはサーボ軸によって独立して駆動され、車輪付きの移動ロボットプラットフォームに取り付けられた1つの回転軸を持つ独立制御可能なロボットアームに取り付けられている。バケットドラムの回転とロボットアームの位置決めの組み合わせにより、RASSORは高度な位置決めや障害物回避のためのアクロバット飛行を行うことができる。

逆回転するバケットドラムの力のバランスをとるには、高解像度のフィードバックと複雑な掘削アルゴリズムが必要です。その複雑な動きには、関節が協調して動作するためのフィードバックを受けるだけでなく、例えば速度と位置などの動作モードを切り替える必要がある。

図2：回転アームとバケットドラムの組み合わせにより、RASSORの初期バージョンは（左上から時計回りに）ひっくり返ったり、障害物をよじ登ったり、ドラムを特大ホッパーに空けるためにZ姿勢を取ったり、地表のトラップから脱出したり、破片を除去するために車輪を地面から浮かせたりすることができる。(提供：NASA）

モーション コントロール

 

各ドラムに2つのモーター、各アームに2つのモーター、そしてシャーシの車輪を駆動する2つのモーター。負荷にはアブソリュート光学式エンコーダを、モーター軸にはインクリメンタル光学式エンコーダを組み合わせて使用している。

その複雑さとフィードバックの多さから、NASAはドライブ・レベルのインテリジェンスを必要としていた。RASSORは、単なる "ドライバ・イン・ザ・ループ "のロボットではありません。RASSORは単なる "ドライバ・イン・ザ・ループ "のロボットではありません。フィードバックと制御を備えたスマートなモーターが必要だったのです。

チームは、Motion Control 社のGold Solo Whistle ドライブを選びました。各ドライブは、電流モード、速度モード、位置モードで動作します。PCコントローラーは、基本的な動作要件をCANopen経由で送信します。ドライブは、整流、電流調整、速度調整、位置ループを自己管理します。ドライブの内部軌道ジェネレータは、加減速および速度情報を含む目標端点を使用して経路を計画し、負荷を位置決めします。

このドライブは非常に高い電力密度を提供するため、スペースに制約のあるRASSORに適している。また、産業用アプリケーションにも適合しており、アプリケーションの高い衝撃や振動にも耐える堅牢性を備えています。また、コンフォーマルコーティングは、筐体を貫通する可能性のある微細なホコリからの保護にも役立ちます。チームは、Elmo（Elmoドライブ・チューニング＆コンフィギュレーション・ソフトウェア）を使用して、バウンスやその他の外乱を微調整しました。

今日の解決策

Elmo 、このロボットが設計されて以来、新しいソリューションとオプションを導入してきました。今日

  • システムはElmoPlatinum Maestro(PMAS)モーション・コントローラを使用し、中央のPLCやコンピュータからワイヤレス・ネットワークを通じて制御・操作することができます。
  • アプリケーションは Gold Solo Twitter サーボドライブ。
    • Elmo独自の "R "タイプ・サーボ・ドライブは、障害物を乗り越えるために長時間大電流を必要とする高慣性モーション・システム（AGVなど）に理想的な、より高い連続電流能力を提供する。